Японские ученые экспериментально изучили оптические свойства «шляпы Смита» — необычной геометрической фигуры, которая в 2023 году помогла решить давнюю математическую задачу, известную как «проблема Эйнштейна» (от нем. Ein Stein — «один камень»). Вопрос заключался в том, можно ли одной плиткой замостить бесконечную плоскость так, чтобы узор никогда не повторялся. Оказалось, что можно, и первой такой фигурой стала «шляпа Смита».
Однако до сих пор физические свойства этой структуры оставались неизученными. Ученые из Японии создали наноразмерные копии «шляпы Смита» на пленках из нитрида кремния с помощью электронно-лучевой литографии — технологии, позволяющей наносить рисунок с точностью до нанометров.
Когда исследователи направили лазерный свет на полученные структуры, они заметили необычное поведение. Дифракционная картина (то есть узор, который образует рассеянный свет) оказалась хиральной — это значит, что у нее нет зеркальной симметрии, как у левой и правой руки. Такой эффект раньше не наблюдался в обычных квазикристаллах.
Ученые также выяснили, что характер свечения зависит от направления и поляризации падающего света. Если структуру зеркально отражали, менялся и ее оптический отклик. Это показывает, что симметрия фигуры напрямую влияет на поведение света.
Полученные результаты открывают новое направление для исследований на стыке математики и физики. По словам авторов работы, монотильные структуры могут найти применение в устройствах для управления светом, контроля поляризации и в перспективных оптических технологиях. А главное — эта работа наглядно демонстрирует, как абстрактное математическое открытие может неожиданно привести к совершенно новым физическим явлениям.
Читайте также: Ученые разрезают и перестраивают наноуглероды для создания сверхэкономичной электроники.